JP2007127121A - 特に自動車の内燃機関エンジン用の、可変ターボチャージャーの形状を制御するための方法及び装置 - Google Patents

特に自動車の内燃機関エンジン用の、可変ターボチャージャーの形状を制御するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】内燃機関に加圧された流体を供給するための、可変コンプレッサの形状を制御し、コンプレッサの効率の最大化を可能にする。
【解決手段】当該制御方法は、現在の作動状態におけるコンプレッサ３の効率を最大にするようにコンプレッサ３の目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定することと、目標形状(ＰＯＳTARGET)に基づいてコンプレッサ３の形状を制御することを含んでいる。目標形状(ＰＯＳTARGET)は、加圧される流体の圧力(ＰAIR)、温度(ＴAIR)及び流量(ＭAIR)と、加圧流体の圧力(ＰBOOST)及び温度(ＴBOOST)と、回転数(ＲＰＭ)とを備えるグループから選択された少なくとも一つの量に基づいて決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、可変ターボチャージャーの形状を制御するための方法及び装置に関し、特に、自動車の内燃機関エンジンのターボチャージャーの可変コンプレッサの形状を制御するための方法及び装置に関する。
よく知られているように、自動車の分野において、排気ガスに含まれたエネルギの利用によってエンジンを過給するためのターボ形圧縮機が用いられており、軸によって互いに固定的に接続されて、排気マニホルド及び吸気マニホルドの上に、それぞれ配置されている二つのブレード羽根車を囲む二つの渦巻き（volute）から基本的に構成される。第一の羽根車(タービン)は、意図的にそれに伝えられる排気ガスから運動を受け入れて第二の羽根車(コンプレッサ)にそれを伝える。それは、吸気マニホルドの中にある空気のカラムに運動を与えて、それを圧縮する。
ターボ形圧縮機のタービン側に設置されて、タービンの羽根車に影響を与える排気ガスの流れと、従ってターボ形圧縮機それ自体の回転数（engine speed）と、を制御するように設計されたメカニズムによってスーパーチャージ・エンジンの過給圧力を制御することが同様に知られている。
これらのメカニズムの中で、最も一般に用いられる二つのメカニズムは、タービンに影響を与える排気ガスの流れの速度を調節するためのバルブによって構成されていて、ウエストゲート（wastegate）バルブの名前で、及び可変タービン（variable-geometry turbine(VGT)）で一般に知られている。
特に、ウエストゲート（wastegate）バルブは、エンジンの作動状態が容認される圧力よりも高い過給圧力を作り出そうとしてタービンに向けられた排気ガスの流量を減少させているときに、活動を始める圧力除去バルブである。ウエストゲート（wastegate）は、一般に、タービンと平行に位置して、エンジンを制御するための電子制御装置による電子制御を受けるか又は受けない。
電子制御がない状態で、容認される過給圧力の最大のレベルの関数（function）として校正された膜又はスプリングによって基本的に構成されたウエストゲート（wastegate）バルブは、ロッド又は、空気的に制御された圧力チャンバーによって駆動される。それは、小さな寸法のチューブによってコンプレッサの排気に接続される。コンプレッサの圧力下流が設計ステップで定められた値を越えるときに、圧力チャンバーが、ロッドによって、バルブのばねに作用して、その抵抗に抗してバルブを開口させる。それは、タービンに向いた排気ガスをバイパスさせる。このように、排気ガスのちょうど一部分は、タービンを通り抜けるが、他の部分はバルブから出て行き、排気口に直接に到着する。スプリングの負荷をあらかじめ変えることによって、最大過給圧力を修正することができる。
上記された解決策の代替として、ウエストゲート（wastegate）バルブは、エンジンを制御するための電子制御装置によって電子的に制御することができる。この場合、制御装置は、現在のエンジン・ポイントでの過給のあらかじめ設定された目標を達成するように圧力調整バルブに作用することにより、閉ループ方法でウエストゲート（wastegate）バルブの位置を調節する。
ウエストゲート（wastegate）バルブは、小さな寸法のターボチャージャーの使用を可能にするが、排気ガスがまだ定量的にわずかであるとき（すなわち低中速域）でさえ、高い過給圧力を供給することができる。このシステムは、応答時間(つまり、エンジンが「導入」操作から「過給」操作まで通過することができるように経過する特有の時間)を非常に短くすること可能にする。
その代りに、可変タービンを備えたターボ形圧縮機では、ソレノイド負圧力バルブ、又は電動機によって構成され、電子制御装置(例えばエンジンを制御するための制御装置)によって制御された意図的に設計されたアクチュエータによって同時に方向付け可能であるように、タービンの渦巻き（volute）は、リング上にフィットした一連の可動ブレードによって羽根車上で開く。可動ブレードの向きの修正によって、排気ガスの流れを加速することが可能であり、それにより、最終分析において、エンジンの過給圧力を制御する。要するに、このシステムは、排気ガスの通路の部分の制御と、異なった速度で入手可能な過給度合いの制御とを可能にする。
特に、低い回転数（engine speed）及び負荷では、ブレードは、排気ガスの通過部分を減少するように最大閉止位置にセットされ、したがって、その速度を増加させ、それにより、タービンの推進力を増加させる。その代りに、高い回転数では、ブレードを通過するガスの通過部分は、これらが排気マニホルドで自由に流れることを妨げるタービンの羽根車における排気ガスの通過により有害な逆圧を減らすように増加する。その結果、排気ガスは、低い周辺の速度で羽根車に影響を及ぼす。このように、タービンの回転数は、減少して、エンジンの正確な動作に十分な値で落ち着こうとする。
可変ターボ形圧縮機では、可動ブレードの角度に作用することによって過給圧力が制御される限り、ウエストゲート（wastegate）バルブは余分である。
可変タービンを備えたターボ形圧縮機を装備したターボディーゼルエンジンは、従来のターボディーゼルエンジンのそれよりも良好なパワーの供出をしている。要するに、前記ターボ形圧縮機は、低速での速い応答及び大きなトルクを可能にし、同時に高速での高いパワーの供出を可能にする。
可変タービンの方向付け可能なブレードの位置は、エンジンとコンプレッサの供出を接続するダクトに沿ってセットされた意図的に設計された圧力センサーによって例えば測定された有効な過給圧力と、適切な量（例えば、速度や負荷や大気圧や気温）の関数として電子制御装置のメモリに描かれた目標過給圧力との間で存在するエラーに基づいて閉ループ電子制御装置によって制御される。
過去の単純な制御システムでは、可変タービンのブレードの位置の閉ループは、入力で過給圧力のエラーを受けて、出力で過給圧力のエラーを除去するような可変タービンのブレードのアクチュエータに制御信号を供給する比例積分（proportional-integral）タイプの制御を実行する電子制御装置によって調整される。前記制御信号は、比例ブランチ用及び積分ブランチ用の二つの乗算係数をそれぞれ持った伝達関数（function）を実行することで生成されている。エンジンの作動ポイントがどのようなものであっても、それは一定の値を仮定している。
しかしながら、比例積分コントローラは、制御されるシステムが応答の明白な遅れ(「ターボ遅れ」)及び著しく非線形の挙動を示す限りでは、加速の間に、可変タービンを備えたターボディーゼルエンジンのパワーの供出の最適制御に適していないという欠点を示した。要するに、比例積分タイプの単純なコントローラの使用は、素早い加速の操作（maneuver）の間に、目標値に関しての過給圧力のオーバーシュートピーク、及び低い減衰係数を持った振動（oscillation）を備えた目標値に向けての修正（settling）の後のステップの発現（onset）を防止することができなかった。
この理由で、1997年1月23日に本出願人の名前で出願され、2001年11月14日に特許されたヨーロッパ特許番号EP-B1-0 786 589号において、前述の比例積分コントローラに加えて、比例微分（derivative）コントローラを実行する可変タービンのブレードのアクチュエータの制御信号を生成することが提案されている。二つのコントローラは、エンジン作動状態に応じて二者択一的に可能となっている。特に、エンジン点火に際して、過給圧力の制御は比例積分コントローラに任せられている。過給圧力が急増(閾値より高い過給圧力の微分（derivative）)するとき、過給圧力の制御は比例微分コントローラに任せられる。過給圧力が増加のステップを終えるとすぐに(又は最大のプリセットされた時間の後に)、比例微分コントローラは比例積分コントローラにそれを再び送り返す。
前述の特許に記載された本発明の他の観点によれば、コントローラの伝達関数（transfer function）の中にある乗算（multiplying）係数のうちのいくつか、例えば、比例積分コントローラの伝達関数の比例ブランチ及び積分ブランチの乗算係数は、過給圧力の制御が再びそれに託されるときに比例積分コントローラの積分ブランチに供給され、制御の前の進化（evolution）と一致しなければならない初期状態もまた、例えば、回転数（engine speed）や負荷のようないくつかのエンジン量の関数として決定される。
たとえ過去に広く用いられていたとしても、その結果として、過去数年において、この制御システムは、比例積分微分(PID)タイプの制御法則に基づいたその制御方策（strategy）を実行する制御システムによって代替されている。比例ブランチ、積分ブランチ及び微分ブランチ(KP、KI及びKD)の乗算係数は、エンジンの動作（operation）のポイントの機能として計算される。
最近、可変タイプのコンプレッサ及びタービンを備えたターボチャージャーを用いて、エンジンの過給圧力を制御するために、タービン側の可変形状に加えて、コンプレッサ側の可変形状を想定することが提案されている。可変コンプレッサ(VGC)を備えたターボチャージャーは、図１に図示されている。図１において、参照符号1はターボチャージャー全体を示し、参照符号2及び3は、可変タービン及び可変コンプレッサをそれぞれ示している。コンプレッサ3の拡散器にセットされた方向付け可能な（orientable）ブレードが参照符号4で示されている。その傾斜を変えることによって、コンプレッサ3の形状を変えることができる。タービン2及びコンプレッサ3の方向付け可能なブレードのアクチュエータが、参照符号5及び6でそれぞれ示されている。
出願人は、可変コンプレッサの拡散器にセットされたブレードの傾斜の制御が、様々な作動状態におけるコンプレッサ自体の効率の最大化、その結果、一定の形状を備えたコンプレッサに関して、動作範囲の拡張を可能にすることを実験的に述べることができている。
上記のものを考慮して、出願人は、ターボチャージャーを制御するための方策の開発を目的とした研究を行なっている。可変タービンは過給圧力を調節する機能を行なっている。可変コンプレッサは、コンプレッサ自体の効率を調節する機能を行なっている。可変コンプレッサの制御の方策が、タービンを制御するための方策から独立であり、別個である。それは有効に拡張を示さなければならない。
本発明の目的は、可変形状のコンプレッサを制御するために完全に新しい方策を提供することである。それは、可変形状のタービンの制御の方策を邪魔することなく、様々な作動状態においてコンプレッサの効率の最大化を可能にするであろう。
本発明によれば、請求項１及び請求項１６で規定されるように、可変コンプレッサの形状を制御するための方法及び装置がそれぞれ提供される。
本発明によれば、請求項１２及び請求項１７で規定されるように、可変タービン及びコンプレッサを備えた可変ターボチャージャーの形状を制御するための方法及び装置がそれぞれ提供される。
本発明によれば、請求項１５及び請求項１８で規定されるように、及び請求項１５と請求項１８でそれぞれ規定されるように、過給内燃機関エンジンの過給圧力を制御するための方法及び装置がそれぞれ提供される。
最後に、本発明によれば、請求項１９で規定されるように、可変タービン及びコンプレッサを備えた可変ターボチャージャーを装備した過給内燃機関エンジンがさらに提供される。
本発明についてのよりよい理解のために、いくつかの好ましい実施態様が、添付図面を参照して、単なる非限定的な例として記載されている。
図２は、ブロック図を示している。図１に既に示された要素が、同じ参照符号によって示されている。特に、図２において、参照符号7は過給内燃機関エンジン(例えば排気ガス再循環(EGR)システムを備えたターボディーゼルエンジン8）を示している。参照符号9は、排気マニホルド(タービン2がそれに沿ってセットされる)を示している。参照符号10は、吸気マニホルド（コンプレッサ3がそれに沿ってセットされる)を示している。参照符号11、12及び13は、それぞれ、流量計、圧力センサ、温度センサを示している。それらは、取り入れられた空気の質量流量ＭAIR、圧力ＰAIR、及び温度ＴAIR(空気の圧力及び温度、コンプレッサ3の上流にある空気の圧力及び温度、つまり気圧、気温)をそれぞれ測定するために、コンプレッサ3の上流に吸気マニホルド10に沿って配置されている。参照符号14及び15は、過給圧力ＰBOOST及び過給温度ＴBOOST(つまり、コンプレッサ3の下流空気の圧力及び温度)をそれぞれ測定するために、コンプレッサ3の下流に吸気マニホルド10に沿って配置された圧力センサー及び温度センサーを示している。参照符号16は、方向付け可能なブレード4それ自身の制御ロッドの位置ＰＯＳMEASを測定するために、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4のアクチュエータ6に一体化されたポジション・センサーを示している。参照符号17は、回転速度RPMを測定するためにエンジン7に連結されたスピードセンサーを示している。また、参照符号18は、ターボチャージャー1を制御するための電子制御装置を示している。それは、タービン2の形状を制御するための方策を実行する。それによってエンジン7の過給圧力が制御されている。また、それは、コンプレッサ3の形状を制御するための方策を実行する。コンプレッサ3それ自体の効率は、それによって様々な作動状態で制御されている。
タービン2の形状を制御するための方策は、本発明の主題を形成していない。その結果、それは以下において詳細に説明されないであろう。例えば、電子制御装置18は、閉ループ又は開ループで、文献に存するものや自動車の分野の中で現在使用されているもののうちのいずれの制御方策を実行することができる。好ましいが必ずではなく、電子制御装置18は、本出願人の名前で出願して広範囲に説明した前述のヨーロッパ特許番号EP-B1-0 786 589号に記述された適応性のある（adaptive）圧力コントローラ、又は本願の導入部で説明したPIDタイプの適応性のある圧力コントローラを実行することができる。
情報の完全のために、図３は、タービン2を制御するための方策のブロック図の実施例を示している。参照符号19は、適応性のある圧力コントローラを示している。適応性のある圧力コントローラは、有効な過給圧力ＰBOOSTと目標の過給圧力ＰTARGETとの間でエラーを入力で受け取る。また、適応性のある圧力コントローラは、前記圧力エラーを除去するように、タービン2の方向付け可能なブレードのアクチュエータ5用の制御信号VGTを出力で供給する。
本発明の実施態様によれば、出願人は、エンジンの動作の現状の関数（function）として、方向付け可能なブレード4の最適位置の決定に基づいてコンプレッサ3の形状を制御するための方策を開発している。好ましいが必ずではなく、前記の最適位置の達成は、閉ループ・コントロール方策（strategy）に任せられている。それは、方向付け可能なブレード4の有効な位置ＰＯＳMEASと、コンプレッサ3の効率を最大にするように決定された方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETとの間に存するエラーに基づいて作動する。
本発明の他の実施態様によれば、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETは、一つ以上の測定量又は推定量、特に、エンジン7によって取り込まれた空気の質量流量ＭAIR、圧力ＰAIR、及び温度ＴAIR、エンジン7の過給圧力ＰBOOST、過給温度ＴBOOST、そして最後に速度ＲＰＭの関数として、図７乃至９を参照して詳細に説明された方法で決定される。
図４及び５は、本発明に係るコンプレッサ3の形状を制御するための方策の実用的原則（working principle）の二つのブロック図を示す。特に、図４は、開ループの制御方策のブロック図を示している。そこでは、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETは、方向付け可能なブレード4の有効な位置ＰＯＳMEASの測定を必要とすることなく、表又は数式によって、方向付け可能なブレード4自身のアクチュエータ6に対する対応する制御信号VGCに変換されている。図５は、方向付け可能なブレード4の有効な位置ＰＯＳMEASの測定又は適応性のある位置コントローラ20の使用に基づいた閉ループ制御方策のブロック図を示している。それは、有効な位置ＰＯＳMEASと、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETとの間に存するエラーを入力で受け取り、前記位置エラーを除去するように、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4のアクチュエータ6に対する制御信号VGCを出力で供給する。
電子制御装置18は、文献に存するものの中であらゆる位置コントローラを実行することができる。好ましいが必ずではなく、電子制御装置18は、図６に実施例としてそれぞれ示したタイプの比例積分微分の位置コントローラを実行する。図６において、シンボルＫP、ＫI及びＫDは、それぞれ、比例ブランチ用乗算係数、積分ブランチ用乗算係数及び微分ブランチ用乗算係数を示している。それは、一定値又はエンジン・ポイント(速度と負荷)に依存する値を仮定することができる。
その代りに、図７乃至９は、上にリストされたエンジン量の関数としてコンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定するための、本発明に係る三つの異なった実施態様の機能（functional）ブロック図を示す。
特に、図７は、本発明に係る第一実施態様の機能（functional）ブロック図を示している。図７において、方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETは、速度ＲＰＭ、及び過給圧力ＰBOOSTの関数のみとして決定される。
詳細に説明すると、この実施態様では、電子制御装置18は、二つの貢献（contribution）の合計としてコンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定する。二つの貢献（contribution）とは、基礎的貢献（contribution）と付加的な修正貢献とである。基礎的貢献は、速度ＲＰＭだけの関数であり、現在の速度でコンプレッサ3の最高効率を保証する、方向付け可能なブレード4の位置を示している。付加的な修正貢献は、速度ＲＰＭ及び過給圧力ＰBOOSTの関数であり、過給圧力ＰBOOSTを考慮に入れるために基礎的貢献に適用することが必要である修正を示している。
これを実行するために、図７に示されるように、電子制御装置18において、二つのマップ（map）21、22が記憶される（stored）。第一マップ（map）は、速度ＲＰＭの関数としてコンプレッサ3の最高効率を保証する目標位置ＰＯＳTARGETの値を含んでいる。第二マップ（map）は、速度ＲＰＭ及び過給圧力ＰBOOSTの関数として位置の付加的な修正の値を含んでいる。特に、マップ21、22は両方とも、システムの最初の測定ステップにおいて試験台（test bench）で実験的に構築される。第一マップ21はエンジン7の満載状態にある。第二マップ21はエンジン7の部分負荷状態にある。各速度ＲＰＭに対して、コンプレッサ3の最高効率を保証する方向付け可能なブレード4の位置を決定する。同じ速度ＲＰＭを仮定すると（given）、前記数量の関数としてコンプレッサ3の効率を最大にするために、各過給圧力ＰBOOSTに対して、前記位置になされる付加的な修正を決定する。
速度ＲＰＭ及び過給圧力ＰBOOSTの現在値に対応する、第一マップ21及び第二マップ22によって供給された値は、コンプレッサ3の最高効率に対応する、方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを得るために、ブロック23で合計される。
それがちょうど二つの数量に基づいており、特に基本的に速度(速度測定は、迅速であり、正確である)に基づいているということのおかげで、この実施態様は、単純なこと、すでに普通にあるセンサに加えてセンサを必要としないこと、及び正確な測定が簡単であることという相当な利点を与える。
その代りに、図８は、本発明の第二実施態様の機能（functional）ブロック図を示している。図８において、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETの計算は、コンプレッサ3の特徴的なカーブに直接に基づき、メーカーによって供給され、一般に「コンプレッサマップ」と呼ばれている。
特に、この実施態様において、電子制御装置18は、二つの導き出された量(すなわち空気の修正された質量流量ＭCOR及びコンプレッサ3の圧縮比β)の関数として、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定する。それらは、取り込まれた空気の過給圧力ＰBOOSTと、質量流量ＭAIRと、圧力ＰAIRと、温度ＴAIRとの関数として次々と計算される。
詳細に説明すると、空気の修正された質量流量ＭCORは、コンプレッサ3への入口における空気の圧力ＰAIR及び温度ＴAIRに関して標準化されて標準参照圧力ＰREF（例えば1バール）、標準参照温度ＴREF（25℃）となる、取り込まれた空気(つまりコンプレッサ3に入る空気)の質量流量ＭAIRとして規定される。

ＭCOR＝ＭAIR×（ＰREF／ＰAIR）×（ＴAIR／ＴREF）0.5 [1]

ここで、圧縮比βが、コンプレッサ3の出口圧力と入口圧力との間の比率として規定される。つまり、過給圧力ＰBOOSTと、取り込まれた空気の圧力ＰAIRとの間の比率として規定される。

β＝ＰBOOST／ＰAIR [2]
ターボ形圧縮機メーカーは、通常、「コンプレッサマップ」と呼ばれるテーブル（table）によって一定形状のコンプレッサを特徴づける。前記マップは、デカルト参照システム（Cartesian reference system）に示された等速度（iso-speed）曲線及び等効率（iso-efficiency）曲線を含んでいる。その中で、横座標は空気の修正された質量流量ＭCORを表わし、また、縦座標は、コンプレッサ3の圧縮比βを表わす。明らかに、可変コンプレッサは、Nマップで特徴づけられる。それぞれは、コンプレッサ自体の可変ブレードの異なった位置に対応する。
図８を再び参照する。詳細に説明すると、電子制御装置18は、取り込まれた空気の質量流量ＭAIR、圧力ＰAIR、及び温度ＴAIRの関数として、空気の修正された質量流量ＭCORの現在値を決定することのために、式[1]を算出（evaluation）のための計算ブロック24を実行する。
さらに、電子制御装置18は、取り込まれた空気の圧力ＰAIR、及び過給圧力ＰBOOSTの関数として圧縮比βの現在値を決定するために、式[2]を算出（evaluation）のための計算ブロック25を実行する。
最後に、電子制御装置18はマップ２6を記憶する。それによって、空気の修正された質量流量ＭCOR及び圧縮比βの関数として、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETの値を計算することができる。
計算ブロック24及び25が数式[1]及び[2]をそれぞれ実行するならば、それらは測定を必要としない。空気の各修正された質量流量ＭCOR及び各圧縮比βに対して、コンプレッサ3の最高効率に対応する方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定して、最初の測定ステップにおいてテストベンチ（test bench）でマップ２6を実験的に構築することができる。前記の実験的アプローチの代替として、マップ26はメーカーによって供給されたコンプレッサマップを用いることによって正確に測定することができる。この場合、Ｎ個のコンプレッサマップの各々の上に対応する効率の値を、修正された流量及び圧縮比の各対の値に対してマップ26において同定することが必要である。このように、コンプレッサの可変ブレードのＮ個の異なった位置に対応する効率のＮ個の値が得られる。したがって、より高い効率が選択される。また、方向付け可能なブレード4の位置の対応する値は、問題の修正された流量及び圧縮比の対の値に対応する場所にマップ２6に書かれる。
それのメーカーによって直接に供給されたコンプレッサのマップにそれが基づくという事実、及び最高効率の位置がいくつかのものが前の実施態様で作られたものと同じタイプの修正を要求しないという事実のおかげで、この実施態様は、正確に測定するのが簡単であるということの相当な利点を与える。
図９は、本発明の第三の実施態様の機能（functional）ブロック図を示す。図９において、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETは、修正されているか等価な速度ＲＰＭCORが正確であるように、仮想のエンジン量の関数として計算される。その関数は、制御用語（term）に、続いて起こる（ensuring）説明から明確に明らかになる。それは、以下に詳細に記載される、速度密度（speed density）の名前で知られている見積もり（estimation）の方法を実行する物理的なモデルを用いることによって、取り込まれた空気の質量流量Ｍair、過給圧力ＰBOOST、及び過給温度ＴBOOSTの関数として見積もられる。
詳細に説明すると、速度密度（speed density）法は、完全な気体の状態式に基づき、コンプレッサ3の下流にエンジン誘導（induction）でガス状混合物に適用される。

（ＰBOOST／ρ）＝ＲＴBOOST → ρ＝ＰBOOST／（ＲＴBOOST） [3]

ここで、ρは、エンジン7によって取り込まれた空気の密度であり、Ｒは、取り込まれたガス状混合物の特有の（characteristic）定数である。
密度ρは、質量流量ＭENGINEと、エンジン7によって取り込まれた空気の容積流量（volumetric flow rate）ＶENGINEとの間の比率として表現することができる。その結果、次式のようになる。

ρ＝（ＭENGINE／ＶENGINE） → ＭENGINE＝ＶENGINE×（ＰBOOST／（ＲＴBOOST）） [4]
容積流量ＶENGINEは、以下の定式によれば、速度ＲＰＭ、移動（displacement）ＶCYL、及びエンジンの容積充満（filling）の係数ηVOLに正比例する。

ＶENGINE＝ηVOL×（ＲＰＭ／１２０）×ＶCYL [5]
上記の式[4]及び[5]から、単純な置換（substitution）で、速度ＲＰＭ、過給圧力ＰBOOST及び過給温度ＴBOOSTの関数として、エンジン7によって取り込まれた質量流量ＭENGINEを以下のように得ることができる。

ＭENGINE＝ηVOL×（ＲＰＭ／１２０）×ＶCYL×（ＰBOOST／（ＲＴBOOST）） [6]
上記の式は、「速度密度（speed density）法の式」として一般に知られている。
速度RPMを出すために上記式を表現すると、次式が得られる。

ＲＰＭ＝ＭENGINE（１２０／（ηVOL×ＶCYL））×（（ＲＴBOOST）／ＰBOOST） [7]
式[7]の場合には、次の仮想の（fictitious）エンジン量が規定され、修正されているか等価な速度ＲＰＭCORと呼ばれる。

ＲＰＭCOR＝ＭAIR（１２０／（ηVOL×ＶCYL））×（（ＲＴBOOST）／ＰBOOST） [8]

ここで、ＭAIRは、コンプレッサ3によって圧縮される液体の流量である。
式[7]及び[8]から明白であるように、圧縮される流体の質量流量がエンジン7によって取り込まれた質量流量ＭENGINEと一致するときに、修正された速度ＲＰＭCORは、実効速度ＲＰＭと一致する。EGRエンジンにおいて、このことは、静止状態、及び排気ガスの再循環がない状態に発生する。その代りに、排気ガスの再循環が動作中である（active）ときに、流量メーター11によって測定された質量流量ＭAIRは、エンジン7によって有効に取り込まれたものより小さい。その結果、修正された速度ＲＰＭCORは実効速度ＲＰＭより小さい。したがって、修正された速度ＲＰＭCORは、物理的な意味なしで、仮想のエンジン量である。しかしながら、それが、コンプレッサ3における有効な流量、及びコンプレッサ3それ自体によって生成された過給圧力ＰBOOSTに関連づけられる限り、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の制御には有用である。更に、修正された速度ＲＰＭCORの導入は、第一の実施態様の中で用いられたタイプのさらなる修正マップの使用を無用にする。
図９をもう一度参照する。本実施態様において、電子制御装置18は、前の式[8]に従って修正された速度ＲＰＭCORを計算するためのブロック27を実行する。そして、電子制御装置18は、図７を参照して前に説明された本発明の第一の実施態様でのマップ21に類似している方法で、修正された速度ＲＰＭCORの関数としてコンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETの値を含んでおり、十分な負荷の状態でのシステムの測定の最初のステップでテストベンチ（test bench）で実験的に構築されたマップ２8を保存する、
全負荷（full-load）状態において、排気ガスの再循環は動作中ではない。従って、修正された速度ＲＰＭCORは、実効速度ＲＰＭと一致する。したがって、マップ２8の測定（calibration）は、前述のマップ21と同様に行なうことができる。つまり、各速度ＲＰＭに対して、コンプレッサ3の最高効率に対応する、方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定する。
したがって、マップ２8の測定は、全負荷（full-load）状態で行なわれる。また、前記の修正が「修正された速度」の概念において暗黙である（implicit）限りでは、それがコンプレッサ3による気流速度ＭAIRと、コンプレッサ3それ自体によって生成された過給圧力ＰBOOSTとの関数である限り、図７を参照して説明された第一の実施態様において前に提案されたような部分負荷にいかなる修正も導入することが必要ではない。
エンジン7の容積充満の係数ηVOLは、定数で正確に測定されるか、現在のエンジン状態（典型的には速度及び負荷）に基づいて計算される。
本発明に係る制御装置の特徴の検討から、制御装置が可能にする利点は明白である。
特に、コンプレッサ3の形状を制御するための方策は、タービン2の形状を制御するための方策に邪魔（interference）をせずに、様々な作動状態にコンプレッサ3それ自体の効率の最大化を可能にする。エンジン7の過給圧力は、タービン2の形状によって制御される。コンプレッサ3の形状を制御するための方策と、タービン2の形状を制御するための方策との干渉（interference）が無いことによって、タービン2の形状の制御を単調に（unvary）することができる。広く既にテストされた方策の使用を可能にすることができる。
最後に、添付された請求項に規定されるように、本発明の保護範囲を逸脱すること無く、本願で説明され且つ図示された修正及び変形が本発明に対してなされることは明らかである。
例えば、本発明の第一の実施態様では、電子制御装置18は、速度RPM(つまり、速度ＲＰＭ及び過給圧力ＰBOOSTの関数であるあらゆる付加的な修正する貢献を想定することなく)の関数である基本的な貢献（fundamental contribution）だけに基づいて、コンプレッサ3の方向付け可能なブレード4の目標位置ＰＯＳTARGETを決定することができる。
更に、本発明の基礎となる考えは、それの形状の修正のために用いらる手段やコンプレッサの用途に関係なく、あらゆるタイプの可変コンプレッサに適用可能である。例えば、本発明の基礎となる考えは、前に説明した方向付け可能なブレードと異なった手段を用いて変化する形状を持ったコンプレッサ、又は、あらゆる作動流体の圧力を増加させるための自動車の分野から異なった分野で用いられるコンプレッサに適用することができる。
可変コンプレッサを備えたターボチャージャーの斜視図である。 可変形状を備えた、及び対応する制御装置の、タービンとコンプレッサを備えたターボチャージャーを備える内燃機関エンジンのブロック図を示している。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。 図２の電子制御装置によって実行された異なった制御方策のブロック図を示す。

Claims (19)

  1. 特に内燃機関エンジン(7)に加圧流体を供給するために、可変コンプレッサ(3)の形状を制御する方法であって、
    前記コンプレッサ(3)の目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定することと、
    前記目標形状(ＰＯＳTARGET)に基づいて前記コンプレッサ(3)の形状を制御することと、を備えることを特徴とする方法。
  2. 目標形状(ＰＯＳTARGET)は、コンプレッサ(3)それ自体の現在の動作状態におけるコンプレッサ(3)の効率を最大にするように決定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 前記コンプレッサ(3)の有効な形状(ＰＯＳMEAS)を決定することをさらに含み、
    前記コンプレッサ(3)の形状の制御は、前記目標形状(ＰＯＳTARGET)及び前記有効な形状(ＰＯＳMEAS)に基づいて前記コンプレッサ(3)の形状を閉ループで制御することを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 可変形状のコンプレッサ(3)に対して、制御信号(VGC)に応答して方向付け可能であるブレード(4)が設けられており、
    前記コンプレッサ(3)の目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、前記方向付け可能なブレード(4)の目標位置(ＰＯＳTARGET)を決定することを備え、
    前記コンプレッサ(3)の形状の制御は、前記目標位置(ＰＯＳTARGET)に基づいて前記制御信号(VGC)を生成することを備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 前記目標形状(ＰＯＳTARGET)は、加圧される液体の圧力(ＰAIR)、温度(ＴAIR)及び流量(ＭAIR)と、加圧された流体の圧力(ＰBOOST)及び温度(ＴBOOST)と、回転数(ＲＰＭ)とを備えるグループから選択された少なくとも一つの量に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
  6. 目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、
    回転数(RPM)に基づいて基礎的な貢献を決定することと、
    前記の基礎的な貢献に基づいて前記目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定することと、を備えることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  7. 前記コンプレッサ(3)の目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、
    回転数(ＲＰＭ)、及び加圧された流体の圧力(ＰBOOST)に基づいて修正する貢献を決定することをさらに備え、
    前記の目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、
    前記の基礎的貢献及び前記の修正する貢献に基づいて前記目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定することを備えることを特徴とする、請求項６記載の方法。
  8. 前記目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、前記の基礎的貢献及び前記の修正する貢献をともに加えることを備えることを特徴とする、請求項７記載の方法。
  9. 目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、加圧される流体の圧力(ＰAIR)、温度(ＴAIR)及び流量(ＭAIR)に基づいて前記コンプレッサ(3)の修正された流量((ＭCOR)を決定することと、
    加圧される流体の圧力(ＰAIR)及び加圧された流体の圧力(ＰBOOST)に基づいて前記コンプレッサ(3)の圧縮比(β)を決定することと、
    前記の修正された流量(ＭCOR)、及び前記コンプレッサ(3)の前記圧縮比(β)に基づいた前記目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定することと、を備えることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  10. 目標形状(ＰＯＳTARGET)の決定は、
    加圧される流体の流量(ＭAIR)及び加圧された流体の圧力(ＰBOOST)温度(ＴBOOST)に基づいて修正された回転数(ＲＰＭCOR)を決定することと、
    前記の修正された回転数(ＲＰＭCOR)に基づいて前記目標形状(ＰＯＳTARGET)を決定すること、を備えることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  11. 前記の修正された回転数(ＲＰＭCOR)は、
    ＲＰＭCOR＝ＭAIR（１２０／（ηVOL×ＶCYL））×（（ＲＴBOOST）／ＰBOOST）
    に従って計算されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
    ここで、
    ＲＰＭCORは修正された回転数であり、
    ＭAIRは加圧される流体の流量であり、
    ＰBOOSTは加圧された流体の圧力であり、
    ＴBOOSTは加圧された流体の温度であり、
    ηVOLはエンジン容積充満の係数であり、
    ＶCYLはエンジン移動であり、
    Ｒはエンジンによって取り込まれたガス状混合物の特有の定数である。
  12. 特に内燃機関エンジン(7)に加圧された流体を供給するための可変ターボチャージャー(1)の形状を制御する方法であって、
    前記ターボチャージャー(1)が、可変タービン(2)及び可変コンプレッサ(3)を備え、
    前記方法が、
    前記タービン(2)の形状を制御することと、
    前記コンプレッサ(3)の形状を制御することと、を備え、
    前記コンプレッサ(3)の形状が、請求項１乃至１１のいずれかの一つの方法によって制御されていることを特徴とする方法。
  13. 前記タービン(2)の形状の制御は、加圧された流体の目標圧力(ＰTARGET）に基づいて前記タービン(2)の形状を制御することを備えることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
  14. 前記タービン(2)の形状の制御は、前記目標圧力(ＰTARGET)と加圧された流体の有効圧力(ＰBOOST)とに基づいて前記タービン(2)の形状を閉ループで制御することを特徴とする、請求項１３記載の方法。
  15. 可変タービン(2)及び可変コンプレッサ(3)を備えた可変ターボチャージャー(1)を備える内燃機関エンジン(7)の過給圧力を制御する方法であって、
    当該方法が、前記ターボチャージャー(1)の形状を制御することを備え、
    請求項１２乃至１４のいずれか一つのコントロール方法に従って前記ターボチャージャー(1)の形状が制御されることを特徴とする前記方法。
  16. 特に内燃機関エンジン(7)に加圧された流体を供給するための、可変コンプレッサ(3)の形状を制御するための制御装置(18)であって、
    請求項１乃至１１のいずれか一つの制御方法を実行するように構成されていることを特徴とする制御装置(18)。
  17. 特に内燃機関エンジン(7)に加圧された流体を供給するための、可変ターボチャージャー(1)の形状を制御するための制御装置(18)であって、前記ターボチャージャー(1)が可変タービン(2)及び可変コンプレッサ(3)を備え、
    請求項１２乃至１４のいずれか一つの制御方法を実行するように構成されていることを特徴とする制御装置(18)。
  18. 可変タービン(2)及び可変コンプレッサ(3)を備えた可変ターボチャージャー(1)を備える内燃機関エンジン(7)の過給圧力(ＰBOOST)を制御するための制御装置(18)であって、
    請求項１５の制御方法を実行するように構成されていることを特徴とする制御装置(18)。
  19. 可変タービン(2)及び可変コンプレッサ(3)を備えた可変ターボチャージャー(1)と、請求項１８記載の前記エンジン(7)の過給圧力(ＰBOOST)を制御するように構成された制御装置(18)と、を備えることを特徴とする内燃機関エンジン(7)。
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